JP2006341581A - 成型装置とその製造方法、及び成型方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 意匠面を効率的に冷却できるとともに、意匠面に形成された成型パタンの成型材料への転写時に、意匠面を所望の温度以上に保つことが容易な成型装置を提供する。
【解決手段】 成型装置は、断熱部材と、断熱部材の表面の一部の領域上に配置され、断熱部材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で形成され、断熱部材側とは反対側を向く表面に、成型用のパタンが形成された意匠面を含む伝熱部材と、伝熱部材の内部側から、伝熱部材の意匠面側の表層を加熱するヒータと、断熱部材と意匠面との間に配置され、伝熱部材との間で熱交換を行う熱媒体を流す流路とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、成型装置及びその製造方法に関し、特に、成型用のパタンが形成された意匠面を加熱または冷却することが可能な成型装置及びその製造方法に関する。本発明は、また、成型方法に関し、特に、意匠面を冷却する媒体を流す流路を有する成型装置を用いる成型方法に関する。

溶融した成型材料を金型に充填し、金型の意匠面に形成された成型用のパタンを、成型材料に転写する技術が広く用いられている。
金型に充填された成型材料の温度が低下して流動性が損なわれると、成型材料が成型パタンの凹部に良好に充填されず、転写精度を高められない。金型を加熱して、成型材料の温度低下を防止することにより、転写精度を高めることができる。

成型パタンが成型材料に転写された後は、速やかに成型材料を冷却して固化させることにより、生産性を高めたい。金型を冷却することにより、成型材料の冷却を促進することができる。

金型を加熱及び冷却する機構を備えた成型装置が開示されている。例えば、特許文献１には、以下のような成型装置が開示されている。図７（Ａ）に示すように、この成型装置では、内部に冷却水流路１０１が形成されたモールドベース１０２の上に、非導電性断熱材料からなる第１の層１０３が形成されている。第１の層１０３の上に、通電することにより発熱する面状ヒータ１０４が形成されており、面状ヒータ１０４の上に、非導電性材料からなる第２の層１０５が形成されている。第２の層１０５の上に、意匠面を有する表面部材１０６が形成されている。

また、例えば特許文献２には、以下のような成型装置が開示されている。図７（Ｂ）に示すように、この成型装置では、可動型２０１に、コアブロック２０２がはめ込まれており、コアブロック２０２の内部に、高温空気の流路２０３及び冷却媒体の流路２０４が形成されている。コアブロック２０２と可動型２０１と間に、空気層からなる断熱層２０５が形成されている。固定型２０１ａに、キャビティブロック２０２ａがはめ込まれており、キャビティブロック２０２ａの内部に、冷却媒体の流路２０４ａが形成されている。キャビティブロック２０２ａと固定型２０１ａとの間に、空気層からなる断熱層２０５ａが形成されている。コアブロック２０２とキャビティブロック２０２ａとの間に、意匠面が露出するキャビティ２０６が画定される。

コアブロック２０２及びキャビティブロック２０２ａは、熱容量を小さくするためアルミ合金から形成される。コアブロック２０２及びキャビティブロック２０２ａの好適な厚さは、それぞれ２０〜４０ｍｍである。

図に示すように、コアブロック２０２とキャビティブロック２０２ａとが完全には閉じず、少し開いた状態において、コアブロック２０２とキャビティブロック２０２ａとの間に画定される空間に、高温空気の流路２０３が開口する。この状態で、この空間に、高温空気を流通させることにより、この空間に露出する意匠面が加熱される。意匠面の加熱後に、コアブロック２０２とキャビティブロック２０２ａとを完全に閉じて、成型材料をキャビティ２０６に充填し、成型パタンの転写を行う。

特許文献１及び２に開示された成型装置を用いれば、意匠面を加熱及び冷却することが
可能である。

特開２０００−８２３号公報 特開平８−１５６０２８号公報

特許文献１の成型装置では、冷却水流路と、意匠面を有する表面部材との間に、断熱部材からなる第１の層が介在している。このため、意匠面を効率的に冷却できない。特許文献２の成型装置を用いれば、冷却媒体流路と意匠面との間に断熱層が介在しないので、意匠面が効率的に冷却される。

ただし、特許文献２の成型装置では、意匠面がキャビティ側から加熱される。キャビティ内に成型材料が充填されているときには、意匠面の加熱を行えない。成型パタンの転写時に、意匠面を所望の温度以上に保つことが容易ではない。

近年、成型パタンが微細化する趨勢があり、微細な成型パタンの転写に適した小さな成型装置を作製することが望まれている。成型装置の小型化に適した意匠面の加熱または冷却機構が望まれている。

成型装置では、成型材料に成型用のパタンを転写するために、意匠面に成型材料が押し付けられる。特許文献１及び２に開示されているような、冷却媒体を流す流路を備えた成型装置では、意匠面に成型材料が押し付けられるとき、冷却媒体を流す流路を変形させるような力が加わりやすい。これにより、流路が損傷する恐れがある。

本発明の一目的は、成型装置の小型化に適した構成を有する成型装置を提供することである。
本発明の他の目的は、意匠面を効率的に冷却できるとともに、意匠面に形成された成型パタンの成型材料への転写時に、意匠面を所望の温度以上に保つことが容易な成型装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、意匠面の良好な加熱に適した成型装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、上述のような成型装置を製造するのに適した製造方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、冷却媒体を流す流路を備えた成型装置で成型材料を成型する方法に適用可能であり、流路の損傷を抑制できる成型方法を提供することである。

本発明の第１の観点によれば、第１の部材と、前記第１の部材の表面の一部の領域上に配置され、該第１の部材側とは反対側を向く表面に、成型用のパタンが形成された意匠面を含む第２の部材と、前記第１の部材の表面と前記第２の部材の表面とが協同して内壁を画定し、該第２の部材との間で熱交換を行う熱媒体を流す流路とを有する成型装置が提供される。

本発明の第２の観点によれば、第１の部材と、前記第１の部材の表面の一部の領域上に配置され、該第１の部材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で形成され、該第１の部材側とは反対側を向く表面に、成型用のパタンが形成された意匠面を含む第２の部材と、前記第２の部材の内部側から、該第２の部材の前記意匠面側の表層を加熱するヒータと、前記第１の部材と前記意匠面との間に配置され、前記第２の部材との間で熱交換を行う熱媒体を流す流路とを有する成型装置が提供される。

本発明の第３の観点によれば、成型用のパタンが形成された意匠面を含む第３の部材と、前記第３の部材の内部に配置され、該第３の部材の前記意匠面側の表層を加熱するヒータとを有し、前記ヒータから前記意匠面までの最短の距離が、前記意匠面の有する凹部の最大の深さの５〜１０倍である成型装置が提供される。

本発明の第４の観点によれば、（ａ）第１の部材の表面を部分的にエッチングして、溝を形成する工程と、（ｂ）前記第１の部材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で形成され、表面に成型用のパタンが形成された意匠面を含む第２の部材の、該意匠面側とは反対側の表面と、前記第１の部材の溝が形成された表面とを貼り合わせることにより、前記溝の内面と前記第２の部材の表面とで画定される流路を形成する工程とを有する成型装置の製造方法が提供される。

本発明の第５の観点によれば、（ｇ）電気的絶縁性を有する材料からなる絶縁性支持部材の表面に、成型用のパタンが形成された意匠面を含む転写構造体を積層する工程と、（ｈ）前記絶縁性支持部材の、前記転写構造体が積層される側とは反対側の表面に、導電性材料からなる導電層を形成する工程と、（ｉ）前記導電層をパタニングして、ヒータを形成する工程とを有する成型装置の製造方法が提供される。

本発明の第６の観点によれば、表面に、成型用のパタンが形成された意匠面を含み、内
部に、該意匠面との間で熱交換を行うための熱媒体を流す流路が形成された構造体の、該意匠面に、成型材料を押し付ける工程と、成型材料が前記意匠面に押し付けられるタイミングに同期して、前記熱媒体が前記流路の内壁に加える圧力が高まるように、該流路内の該熱媒体に印加する圧力及び該流路を流れる該熱媒体の流量の少なくとも一方を変化させる工程とを有する成型方法が提供される。

本発明の第１の観点による成型装置では、第１の部材の表面と第２の部材の表面とが協同して流路の内壁を画定する。つまり、第１の部材の表面と第２の部材の表面とを貼り合せることで、流路が形成される。第１の部材または第２の部材の内部に流路を形成しないので、第１の部材または第２の部材が小さくなっても、流路を形成し易い。

本発明の第２の観点による成型装置では、第２の部材との間で熱交換を行う熱媒体を流す流路が、第１の部材と意匠面との間に配置される。このため、意匠面の冷却が効率的に行われる。さらに、ヒータが、第２の部材の内部側から第２の部材の意匠面側の表層を加熱する。これにより、意匠面に形成された成型パタンが、成型材料に転写されるときに、意匠面を所望の温度以上に保つことが容易となる。

本発明の第３の観点による成型装置では、ヒータから意匠面までの最短の距離が、意匠面の有する凹部の最大の深さの５〜１０倍に調整されている。これにより、例えば、温度分布のムラを抑制して、意匠面を加熱することが容易になる。

本発明の第４の観点による成型装置の製造方法では、溝を形成した第１の部材の表面と、第２の部材の表面とを貼り合せることにより、流路が形成される。このため、微細な流路を形成し易い。

本発明の第５の観点による成型装置の製造方法では、導電層をパタニングすることにより、ヒータが形成される。このため、例えば、微細なヒータを形成し易い。
本発明の第６の観点による成型方法では、成型材料が意匠面に押し付けられるタイミングに同期して、熱媒体が流路の内壁に加える圧力を高める。これにより、成型材料が意匠面に押し付けられることに起因して、流路の内壁が変形し、流路が損傷することが抑制される。

図１は、本発明の第１の実施例による成型装置を概略的に示す断面図である。固定金型１ａ及び可動金型１ｂから金型１が構成される。金型１が閉じられた状態で、固定金型１ａと可動金型１ｂとの間に、ランナー２ａとキャビティ２ｂとを含む空間２が画定される。

シリンダ３０の内部に配置されたスクリュー３０ａを回転させることにより、溶融状態の成型材料がシリンダ３０から射出される。成型材料は、例えば、ポリカーボネート等の樹脂である。駆動機構３０ｂが、スクリュー３０ａを駆動する。シリンダ３０から射出された成型材料は、固定金型１ａに形成されたノズル３ａ及びスプルー３ｂを通って、空間２に注入される。空間２に注入された成型材料は、ランナー２ａを通って、キャビティ２ｂに充填される。

可動金型１ｂに、成型用のパタンが形成された意匠面４ａを有するプランジャ４が組み込まれている。意匠面４ａが、キャビティ２ｂの内壁の一部を画定する。キャビティ２ｂに成型材料が充填されるのに同期して、駆動機構４０が、キャビティ２ｂが狭くなるように、プランジャ４を移動させる。

スクリュー３０ａが成型材料をキャビティ２ｂに注入する圧力により、成型材料が意匠面４ａに押し付けられる。さらに、プランジャ４がキャビティ２ｂ側に移動することにより、成型材料が意匠面４ａに押し付けられる圧力が高められる。成型材料が意匠面４ａに押し付けられることにより、成型用のパタンが成型材料の表面に転写される。成型材料が、所望のタイミングに、所望の圧力で意匠面４ａに押し付けられるように、制御装置５０が、スクリュー３０ａの駆動機構３０ｂ及びプランジャ４の駆動機構４０を制御する。

プランジャ４の内部に、通電により発熱するヒータＨが組み込まれており、ヒータＨにより、意匠面４ａを加熱することができる。電源５ａが、リード線５ｂ及び５ｃを介してヒータＨに接続される。制御装置５０が、ヒータＨの電源５ａを制御する。

ヒータＨは、キャビティ２ｂに注入された成型材料が、意匠面４ａの成型パタンの凹部の中に良好に充填されるまで、成型材料が充分に溶融した状態を保つように、意匠面４ａを加熱する。これにより、成型パタンの凹部に成型材料を良好に充填できるので、転写精度が向上する。

プランジャ４の内部に、さらに、意匠面４ａを冷却することができる冷却水が流れる流路Ｃが組み込まれている。流路Ｃは、プランジャ４の内部に形成された給水用流路６ａ及び排水用流路６ｂに接続される。ポンプ６ｃが、流路Ｃに流入する冷却水の圧力を調整する。バルブ６ｄが、流路Ｃから流出する冷却水の流量を調整する。制御装置５０が、ポンプ６ｃ及びバルブ６ｄを制御する。

成型パタンが成型材料に転写された後、流路Ｃに冷却水が流され、意匠面４ａが冷却される。これにより、成型材料を迅速に冷却して固化させることができるので、生産性向上が図られる。

なお、プランジャ４は、可動金型１ｂから取り外すことができ、他の成型用のパタンが形成された意匠面を有する他のプランジャと交換することが可能である。
次に、図２を参照し、プランジャ４についてより詳しく説明する。図２（Ａ）は、プランジャ４の意匠面４ａ付近の断面図を示す。支持部材２０の上に、断熱部材１４が取り付けられている。支持部材２０は、例えばＳＵＳ等の金属からなり、断熱部材１４は、例えばパイレックス（登録商標）ガラスからなる。断熱部材１４の厚さは、例えば１〜２ｍｍである。断熱部材１４の上面に、溝１５が形成されている。

断熱部材１４の上に、電気的絶縁性を有するシリコンからなるシリコン部材１２が取り付けられている。シリコン部材１２の厚さは、例えば１５０μｍである。シリコン部材１２は、下側シリコン部材１２ａ及び上側シリコン部材１２ｂが、断熱部材１４側から順に積層された構造を有する。下側シリコン部材１２ａ及び上側シリコン部材１２ｂの熱伝導率は、断熱部材１４の熱伝導率よりも高い。

下側シリコン部材１２ａが、溝１５の開口を塞ぐように（開口に蓋をするように）、断熱部材１４の上面上に配置されている。下側シリコン部材１２ａで開口を塞がれた溝１５が、冷却水を流す流路Ｃを形成する。支持部材２０及び断熱部材１４を貫く給水用流路６ａ及び排水用流路６ｂが、流路Ｃに接続される。

ヒータＨが、下側シリコン部材１２ａと上側シリコン部材１２ｂとの間に配置され、シリコン部材１２の内部に埋め込まれている。ヒータＨは、例えばニッケルクロム合金からなり、通電することにより発熱する。ヒータＨの両端に、それぞれ、電極１３ａ及び１３ｂが取り付けられている。電極１３ａ及び１３ｂは、下側シリコン部材１２ａを貫通して、その下面上に達している。

断熱部材１４の側面上に、金属からなる電極取出しパッド１３ｃ及び１３ｄが形成されている。電極１３ａ及び１３ｂが、それぞれ、電極取出しパッド１３ｃ及び１３ｄを介して、リード線５ｂ及び５ｃに接続される。

上側シリコン部材１２ｂの上に、例えばニッケル等の金属からなる転写構造体１１が形成されている。転写構造体１１は、薄膜状のシード層１１ａと、シード層１１ａ上に形成され、シード層１１ａの厚さ方向に細長い複数の柱状構造体１１ｂとから構成される。シード層１１ａの厚さは、例えば数十ｎｍであり、柱状構造体１１ｂの高さは、例えば数十
μｍである。転写構造体１１のキャビティ２ｂに露出する面が、意匠面４ａを構成する。

なお、転写構造体１１の熱伝導率は、断熱部材１４の熱伝導率よりも高い。シリコン部材１２と転写構造体１１とが、伝熱部材１０を構成する。なお、シリコン部材１２に埋め込まれたヒータＨの熱伝導率も、断熱部材１４の熱伝導率より高い。

図２（Ｂ）は、プランジャ４の平面図であり、ヒータＨ及び流路Ｃの形状を示す。円盤状の下側シリコン部材１２ａの表面に、蛇行する形状を有する線状のヒータＨが配置されている。ヒータＨの線幅は、例えば１００μｍである。ヒータＨの、紙面上で上行する部分と下行する部分とが、例えば中心間隔（ピッチ）２００μｍで、互いに平行になるように配置されている。ヒータＨの両端に、それぞれ、電極１３ａ及び１３ｂが接続され、電極１３ａ及び１３ｂが、それぞれ、電極取出しパッド１３ｃ及び１３ｄに接続されている。電極取出しパッド１３ｃ及び１３ｄが、それぞれ、リード線５ｂ及び５ｃに接続されている。

なお、意匠面における温度分布のムラを抑えて加熱するという観点からは、ヒータＨの線幅及びピッチを狭くする方が好ましい。例えば、ヒータＨの線幅は、５μｍ〜１００μｍ程度とする。ピッチは、例えば、線幅の２倍の１０μｍ〜２００μｍ程度とする。このように、本実施の形態では、線幅が１０μｍ以下の微細なヒータＨを形成することが可能であり、局部的な加熱ができる。

下側シリコン部材１２ａの直径は、例えば２〜３ｍｍである。断熱部材１４及び支持部材２０の上方から見た形状も、下側シリコン部材１２ａのそれと整合する円形である。ただし、断熱部材１４には、電極１３ａ、電極取出しパッド１３ｃ、電極１３ｂ及び電極取出しパッド１３ｄが配置される領域に、切り欠きが形成されている。また、支持部材２０の側面には、リード線５ｂ及び５ｃが配置される領域に、溝が形成されている。

なお、上側シリコン部材１２ｂ及びシード層１１ａの上方から見た形状も、下側シリコン部材１２ａのそれと整合する円形である。なお、本実施例のプランジャ４は円筒形状であるが、プランジャは、必要に応じて、角柱形状等他の形状としてもよい。

ヒータＨの下の、下側シリコン部材１２ａと断熱部材１４との間に、流路Ｃが形成されている。給水用流路６ａから流路Ｃに、冷却水が流入する。流路Ｃに流入する流れは１本である。この１本の流れが、７本の流れに分配され、再び１本の流れに集約されて、流路Ｃから排水用流路６ｂへ流出する。流路Ｃ内の１本の流路の幅は、例えば１００μｍである。流れが７本となっている部分で、７本の流路は互いに平行に配置されており、互いに隣り合う流路は、例えば中心間隔（ピッチ）２００μｍで配置されている。

なお、意匠面における温度分布のムラを抑えて冷却するという観点からは、流路Ｃの幅及びピッチを狭くする方が好ましい。例えば、流路Ｃの幅は、５μｍ〜１００μｍ程度とする。ピッチは、例えば、流路の幅の２倍の１０μｍ〜２００μｍ程度とする。このように、本実施の形態では、幅が１０μｍ以下の微細な流路Ｃを形成することが可能であり、局部的な冷却ができる。

ここで仮に、流路Ｃの代わりに、流路Ｃが配置されている領域に、分岐しない１本の流路からなる流路（例えば、蛇行する形状を有する流路）を配置した場合を考える。このような流路における流入口から流出口までの距離と、流路Ｃにおける流入口から流出口までの最長距離とを比較すると、流路Ｃの方が短い。このため、流路Ｃの方が、給水用流路６ａの開口から排水用流路６ｂの開口まで到達する間の、冷却水の圧力損失を少なくできる。

以上説明した成型装置において、ヒータＨに通電すると、図２（Ａ）に示す伝熱部材１０が加熱される。伝熱部材１０の下に断熱部材１４が形成されているので、支持部材２０への熱の移動が抑制される。また、ヒータＨと意匠面４ａとの間に断熱部材が介在しない。これにより、意匠面４ａを効率的に加熱することができる。

この成型装置を用いれば、伝熱部材１０の内部側から、意匠面４ａの表層を加熱することができる。これにより、キャビティ２ｂに成型材料が充填されている期間中に、意匠面４ａの温度を所望の温度以上に保つことが容易になる。

断熱部材１４と伝熱部材１０との間に形成された流路Ｃを流れる冷却水は、伝熱部材１０に接触して、伝熱部材１０との間で熱交換を行う。伝熱部材１０の下に断熱部材１４が形成されているので、支持部材２０からの熱の流入が抑制される。また、流路Ｃと意匠面
４ａとの間に断熱部材が介在しない。これにより、意匠面４ａを効率的に冷却することができる。

なお、シリコン部材１２の内部に流路Ｃを埋め込んでも、冷却水が伝熱部材１０との間で熱交換するようにできる。ただし、シリコン部材１２が、例えば２００μｍ程度以下の薄さであるとき、シリコン部材１２の内部に、流路Ｃとなる空間を埋め込む加工は難しい。

上述した成型装置では、流路Ｃを、断熱部材１４とシリコン部材１２との間に形成している。流路Ｃの内壁を、断熱部材１４及びシリコン部材１２の表面が協同して画定する。断熱部材１４とシリコン部材１２とを貼り合せれば流路Ｃを形成できるので、シリコン部材１２の内部に流路Ｃを埋め込む場合に比べて、加工が容易である。これにより、シリコン部材１２を薄くし易い。

シリコン部材１２が薄くなるほど、伝熱部材１０の熱容量を減少させることができるので、伝熱部材１０の加熱及び冷却が迅速に行える。つまり、意匠面４ａの加熱及び冷却が迅速に行える。

なお、断熱部材１４の上面に溝１５を形成する代わりに、下側シリコン部材１２ａの下面に溝を形成し、その開口を断熱部材１４の上面で塞ぐようにして、流路を形成することも可能である。断熱部材１４の上面及び下側シリコン部材１２ａの下面の双方に溝を形成して、流路を形成することも可能である。ただし、下側シリコン部材１２ａの下面に溝を形成すると、シリコン部材１２の機械的強度がやや低下する可能性がある。そのため、シリコン部材１２を薄く形成したい場合は、下側シリコン部材１２ａの下面には溝を形成せず、断熱部材１４の上面に溝１５を形成して流路を作製する方が好ましい。

なお、断熱部材１４は、上面に溝１５を形成しても充分な機械的強度が得られる程度に厚く形成される。断熱性の観点からは、断熱部材１４は厚い方が好ましい。
なお、下側シリコン部材１２ａの下面に溝を形成しなくても、シリコン部材１２を薄くすれば、その機械的強度は低下し、伝熱部材１０の機械的強度が低下する。流路Ｃから意匠面４ａまでの最短距離（上述の実施例では、この距離は、下側シリコン部材１２ａの下面からシード層１１ａの上面までの厚さに対応する）を考えたとき、この距離には、伝熱部材１０の機械的強度を確保し、かつ意匠面４ａの冷却を迅速に行うのに適した範囲が存在する。流路Ｃと意匠面４ａとの最短距離は、１００μｍ〜２００μｍの範囲に設定するのが好ましい。

次に、図３〜図５を参照して、プランジャ４の作製方法について説明する。まず、図３を参照して、図２（Ａ）に示した伝熱部材１０、ヒータＨ、電極１３ａ及び１３ｂが一体となった意匠面側構造体４Ａの作製方法について説明する。

図３（Ａ）に示すように、上側シリコン部材１２ｂの下面上に導電膜１３を成膜する。導電膜１３は、例えばニッケルクロム等からなり、例えばスパッタリング等の物理蒸着法（ＰＶＤ法）により成膜される。

次に、図３（Ｂ）に示すように、導電膜１３をパタニングし、ヒータＨを形成する。さらに、上側シリコン部材１２ｂの上面上に、シード層１１ａを形成する。シード層１１ａは、例えばニッケル等の金属からなり、例えば物理蒸着法で成膜される。

次に、図３（Ｃ）に示すように、ヒータＨを覆うように、下側シリコン部材１２ａを、
上側シリコン部材１２ｂの下面上に積層する。下側シリコン部材１２ａは、例えば、ポリシリコンを化学気相成長法（ＣＶＤ法）で成膜することにより形成される。

次いで、下側シリコン部材１２ａをパタニングし、電極１３ａ及び１３ｂを形成する位置に、それぞれ、底面にヒータＨが露出する凹部を形成する。さらに、この凹部を埋め込むように、下側シリコン部材１２ａの下面上に、金属膜を成膜する。この金属膜は、例えばアルミニウムからなり、例えば物理蒸着法で成膜される。この金属膜をパタニングして、電極１３ａ及び１３ｂが形成される。

次に、図３（Ｄ）に示すように、シード層１１ａの上に、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなるレジスト層１１ｂａを形成する。
次に、図３（Ｅ）に示すように、Ｘ線マスク１１ｂｃを介して、図３（Ｄ）に示したレジスト層１１ｂａをＸ線で露光する。レジストを現像し、レジストパタン１１ｂｂを形成する。レジストパタン１１ｂｂの凹部の底面に、シード層１１ａが露出する。

次に、図３（Ｆ）に示すように、図３（Ｅ）に示したレジストパタン１１ｂｂの凹部に、電解めっきにより例えばニッケルを充填して、柱状構造体１１ｂを形成する。柱状構造体１１ｂの形成後、レジストパタン１１ｂｂを除去する。なお、上述のように、Ｘ線露光で形成されるレジストパタンを型として、電気めっきにより金属構造体を形成する方法は、ＬＩＧＡ(Lithographie，Galvanoformung，Abformung)と呼ばれる。

次に、図４を参照して、図２（Ａ）に示した断熱部材１４及び電極取出しパッド１３ｃ及び１３ｄが一体となった支持部材側構造体４Ｂを作製する方法について説明する。図４（Ａ）に示すように、断熱部材１４の上面上に、流路Ｃに対応する開口パタンを有するレジストパタン１５ａを形成する。断熱部材１４は、例えばガラスからなる。

次に、図４（Ｂ）に示すように、レジストパタン１５ａの開口の底に露出した断熱部材１４の表層をエッチングし、溝１５を形成する。その後、レジストパタン１５ａを除去する。

次に、図４（Ｃ）に示すように、給水用流路６ａ及び排水用流路６ｂを形成する。さらに、電極１３ａ及び電極取出しパッド１３ｃが形成される領域に切り欠き１４ａを形成し、電極１３ｂ及び電極取出しパッド１３ｄが形成される領域に切り欠き１４ｂを形成する。流路６ａ及び６ｂと切り欠き１４ａ及び１４ｂは、例えば、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザ等を用いたレーザドリルにより形成される。

次に、図４（Ｄ）に示すように、切り欠き１４ａ及び１４ｂに金属（例えば、アルミニウム、鉛、スズ等）を充填し、電極取出しパッド１３ｃ及び１３ｄが形成される。
次に、図５（Ａ）に示すように、意匠面側構造体４Ａと支持部材側構造体４Ｂとを接合して、プランジャ上部構造体４Ｃを作製する。断熱部材１４がガラスからなるとき、以下に説明するように、意匠面側構造体４Ａと支持部材側構造体４Ｂとを陽極接合により接合できる。

意匠面側構造体４Ａと支持部材側構造体４Ｂとを、意匠面側構造体４Ａの電極１３ａ及び１３ｂと、支持部材側構造体４Ｂの電極取出しパッド１３ｃ及び１３ｄとが、互いに適切な位置関係となるように位置合わせし、下側シリコン部材１２ａの下面と断熱部材１４の上面とを密着させる。

意匠面側構造体４Ａ及び支持部材側構造体４Ｂを、例えば４５０℃程度に加熱し、それと同時に、下側シリコン部材１２ａと断熱部材１４との界面に、下側シリコン部材１２ａ側がプラスとなるように電圧を印加する。これにより、シリコンからなる下側シリコン部材１２ａとガラスからなる断熱部材１４とが接合される。シリコン部材とガラス部材のこのような接合方法は、陽極接合と呼ばれる。

次に、プランジャ上部構造体４Ｃを、支持部材２０に接合する。図５（Ｂ）に示すように、給水用水路６ａ及び排水用水路６ｂが形成され、リード線５ｂ及び５ｃがそれぞれ配置される溝２０ａ及び２０ｂが形成された支持部材２０を準備する。給水用水路６ａ及び排水用水路６ｂと、溝２０ａ及び２０ｂは、例えば機械的なドリルにより形成することができる。

支持部材２０の上面に、水ガラス１４ｃを、例えば刷毛を用いて塗布する。なお、水ガラス１４ｃは、給水用水路６ａ及び排水用水路６ｂの開口が塞がれないように塗布する。水ガラス１４ｃの厚さは、例えば１μｍ程度である。水ガラス１４ｃを接着剤として、断熱部材１４の下面と支持部材２０の上面とを接合する。

プランジャ上部構造体４Ｃと支持部材２０との位置合わせは、例えば以下のように行われる。断熱部材１４の下面に位置合わせ用の凹部または凸部を形成し、支持部材２０の上面に、それに対応する凸部または凹部を形成しておく。断熱部材１４及び支持部材２０に形成された凹部及び凸部を嵌め合わせることにより、両部材の位置合わせを行うことができる。位置合わせで嵌め合わされる凹部及び凸部の位置は、プランジャ上部構造体４Ｃに形成された給水用流路６ａ及び排水用流路６ｂが、それぞれ、支持部材２０に形成された給水用流路６ａ及び排水用流路６ｂと接続するように定められる。

プランジャ上部構造体４Ｃと支持部材２０とが接合された後、電極取出しパッド１３ｃ及び１３ｄに、それぞれ、リード線５ｂ及び５ｃが接続される。以上説明したようにして、プランジャ４を作製することができる。

成型材料が意匠面４ａに押し付けられるとき、流路Ｃ内に空隙が存在すると、流路Ｃの内壁が歪みやすく、流路Ｃが損傷しやすい。また、空隙が存在しなくとも、流路Ｃ内を満たすのは流体であるので、流路Ｃが押し潰されるように損傷する恐れがある。

次に、図６を参照し、本実施例による成型装置を用いて、流路Ｃの損傷を抑制する方法について説明する。図６は、成型材料が意匠面４ａに印加する圧力Ｐ１、図１に示すポンプ６ｃが冷却水に印加する圧力Ｐ２、バルブ６ｄを通過する冷却水の流量Ｆ、及びヒータＨに流れる電流Ｉが、成型加工において、どのように変化するかを示すタイミングチャートである。

意匠面４ａへの圧力印加が、時刻ｔ１に開始され、時刻ｔ４に終了する。意匠面４ａへの印加圧力は、圧力印加期間の初期である時刻ｔ１〜ｔ２までの期間で最も高い。この期間の圧力をＰ１１とする。その後、時刻ｔ２〜ｔ３までの期間では、圧力Ｐ１１より低い圧力Ｐ１２が印加される。さらにその後、時刻ｔ３〜ｔ４までの期間では、圧力Ｐ１２より低い圧力Ｐ１３が印加される。時刻ｔ３が、意匠面４ａ上の成型パタンの凹部への成型材料の充填が完了する時刻を示す。時刻ｔ３〜ｔ４までの期間に意匠面４ａに印加される圧力Ｐ１３は、成型材料に転写された構造が崩れないようにするための保圧である。

時刻ｔ１より少し前の時刻ｔ０に、ヒータＨへの通電が開始され、意匠面４ａが加熱される。ヒータＨへの通電は、時刻ｔ３まで続けられる。
時刻ｔ１より前の期間において、流路Ｃは、内部に冷却水が満たされ、空隙が存在しない状態にされている。この期間において、ポンプ６ｃが、冷却水に一定の圧力Ｐ２０を印加する。また、この期間において、バルブ６ｄは閉じられており、流路Ｃから冷却水は流出しない。仮に圧力Ｐ２０が高過ぎると、冷却水が、図２（Ａ）に示す下側シリコン部材１２ａを押し上げ、下側シリコン部材１２ａと断熱部材１４との貼り合せ構造が破壊されてしまう。圧力Ｐ２０は、この貼り合せ構造を破壊しない程度の高さである。

意匠面４ａに圧力が印加される時刻ｔ１〜ｔ４までの期間には、ポンプ６ｃが冷却水に圧力Ｐ２０より高い圧力を印加して、冷却水が流路Ｃの内壁に印加する圧力を、時刻ｔ１より前の期間のそれより高める。流路Ｃが押し潰されないような圧力を、冷却水が流路Ｃの内壁に印加するように、ポンプ６ｃにより冷却水に印加される圧力が設定される。

時刻ｔ１〜ｔ２までの期間には、意匠面４ａへの印加圧力Ｐ１１に応じた圧力Ｐ２１が、時刻ｔ２〜ｔ３までの期間には、意匠面４ａへの印加圧力Ｐ１２に応じた圧力Ｐ２２が、ポンプ６ｃにより冷却水に印加される。圧力Ｐ１１が圧力Ｐ１２より高いことに対応して、圧力Ｐ２１は圧力Ｐ２２より高い。時刻ｔ１〜ｔ３までの期間は、バルブ６ｄが閉じられた状態が保たれる。

時刻ｔ３以後も、ポンプ６ｃが冷却水に印加する圧力がＰ２２に保たれる。時刻ｔ３に、バルブ６ｄが開かれる。時刻ｔ３以後、流路Ｃを冷却水が流れ、意匠面４ａが冷却される。なお、時刻ｔ３以後にポンプ６ｃが冷却水に印加する圧力が、時刻ｔ２〜ｔ３までの期間の印加圧力Ｐ２２と異なっていても構わない。

以上説明したように、本実施例による成型装置を用いれば、意匠面４ａに成型材料が押し付けられることに伴う流路Ｃの損傷を抑制することができる。
上述の説明では、時刻ｔ１〜ｔ３までの期間において、バルブ６ｄを閉じ、冷却水が流路Ｃを流れない状態にした。バルブ６ｄを閉じた状態で、ポンプ６ｃが冷却水に加える圧力を高めると、バルブ６ｄを開いた状態で、ポンプ６ｃが冷却水に加える圧力を高める場合より、冷却水が流路Ｃの内壁に加える圧力を高くしやすい利点がある。

なお、流路Ｃの損傷を充分に抑制できるのであれば、時刻ｔ１〜ｔ３までの期間に、冷却水がある程度流路Ｃを流れる状態であっても構わない。ただし、冷却水の流量は、ヒータＨによる加熱が充分に行われる程度に抑える。

なお、バルブ６ｄで流量を調整することにより、冷却水が流路Ｃの内壁に加える圧力を高めることも可能である。
なお、流路Ｃに流入する冷却水の流量を調整するバルブを設け、そのバルブによる流量調整により、冷却水が流路Ｃの内壁に加える圧力を高めることも可能である。

なお、冷却水が流れる流路Ｃの近傍に、ヒータＨが配置されているが、冷却水に適当な圧力が印加されることにより、冷却水の沸点が上昇して、沸騰が防止される。
なお、上述の実施例では、流路Ｃ内に流す熱媒体として水を用いたが、熱媒体としてその他、フロリナート（住友スリーエム株式会社の製品）等を用いることもできる。

次に、第２の実施例による成型装置について説明する。図８（Ａ）は、第２の実施例による成型装置（電動射出成型機）を示す概略図である。射出成型機３４０が、射出装置３５０及び型締装置３７０を含んで構成される。

射出装置３５０は、加熱シリンダ３５１を備え、加熱シリンダ３５１に、樹脂を供給するホッパ３５２が配設される。また、加熱シリンダ３５１内に、スクリュー３５３が進退自在かつ回転自在に配設される。スクリュー３５３の後端は、支持部材３５４によって回転自在に支持される。支持部材３５４に、サーボモータ等の計量モータ３５５が駆動部として取り付けられ、計量モータ３５５の回転が、計量モータ３５５の出力軸３６１に取り付けられたタイミングベルト３５６を介して、被駆動部のスクリュー３５３に伝達されるようになっている。計量モータ３５５の出力軸３６１の後端に、検出器３６２が直結している。検出器３６２は、計量モータ３５５の回転数または回転量を検出する。検出器３６２により検出された回転数または回転量に基づいて、スクリュー３５３の回転速度が求められる。

射出装置３５０はさらに、スクリュー３５３と平行なねじ軸３５７を回転自在に備える。ねじ軸３５７の後端は、サーボモータ等の射出モータ３５９の出力軸３６３に取り付けられたタイミングベルト３５８を介して、射出モータ３５９に連結されている。従って、射出モータ３５９によってねじ軸３５７を回転させることができる。ねじ軸３５７の前端は支持部材３５４に固定されたナット３６０と螺合させられる。駆動部である射出モータ３５９を駆動し、タイミングベルト３５８を介して駆動伝達部であるねじ軸３５７を回転させると、支持部材３５４は前後進する。

支持部材３５４に、荷重の検出器であるロードセル３６５が取り付けられている。支持部材３５４の前後進運動が、ロードセル３６５を介してスクリュー３５３に伝えられることにより、スクリュー３５３が前後進する。ロードセル３６５により検出された力に対応するデータが、制御装置３１０に送出される。射出モータ３５９の出力軸３６３の後端に、検出器３６４が直結している。検出器３６４は、射出モータ３５９の回転数または回転量を検出する。検出器３６４により検出された回転数及び回転量に基づいて、スクリュー３５３の前後進方向の移動速度または前後進方向の位置が求められる。

型締装置３７０は、可動側の金型３７１が取り付けられた可動プラテン３７２と、固定側の金型３７３が取り付けられた固定プラテン３７４とを含む。可動プラテン３７２と固定プラテン３７４とは、タイバー３７５によって連結される。可動プラテン３７２はタイバー３７５に沿って摺動可能である。また、型締装置３７０は、トグル機構３７７を含む。トグル機構３７７は、一端が可動プラテン３７２と連結し、他端がトグルサポート３７６と連結する。トグルサポート３７６の中央において、ボールねじ軸３７９が回転自在に支持されている。トグル機構３７７に設けられたクロスヘッド３８０に固定されたナット３８１が、ボールねじ軸３７９に螺合させられている。また、ボールねじ軸３７９の後端にプーリー３８２が配設され、サーボモータ等の型締モータ３７８の出力軸８３とプーリー３８２との間に、タイミングベルト３８４が架け渡されている。

型締装置３７０において、駆動部である型締モータ３７８を駆動すると、型締モータ３７８の回転が、タイミングベルト３８４を介して、駆動伝達部であるボールねじ軸３７９に伝達される。そして、ボールねじ軸３７９及びナット３８１によって、運動方向が回転運動から直線運動に変換され、トグル機構３７７が作動させられる。トグル機構３７７の作動により、可動プラテン３７２がタイバー３７５に沿って摺動し、型閉じ、型締め及び型開きが行われる。

型締モータ３７８の出力軸３８３の後端に、検出器３８５が直結している。検出器３８５は、型締モータ３７８の回転数または回転量を検出する。検出器３８５により検出された回転数または回転量に基づいて、ボールねじ軸３７９の回転に伴って進退するクロスヘッド３８０の位置、または、トグル機構３７７によってクロスヘッド３８０に連結された被駆動部である可動プラテン３７２の位置が求められる。制御装置３１０が、計量モータ３５５、射出モータ３５９、型締モータ３７８を制御する。

可動側の金型３７１と固定側の金型３７３との間に、キャビティｃａｖが形成される。キャビティｃａｖと加熱シリンダ３５１の内部とが連通している。可動金型３７１のキャビティｃａｖに面する領域に、図５（Ａ）に示したプランジャ上部構造体４Ｃと同様な構造体３００が配置されている。キャビティｃａｖに面して意匠面が配置される。なお、構造体３００の意匠面の大きさは、図２（Ｂ）を参照して例示した大きさである２〜３ｍｍより大きくて構わない。

図８（Ｂ）に示すように、構造体３００はヒータＨ、及び冷却水を流す流路Ｃを有する。ヒータＨが、リード線３０１ａ及び３０１ｂを介して電源３０１ｃに接続される。流路Ｃが、給水用流路３０２ａ及び排水用流路３０２ｂに接続される。ポンプ３０２ｃが、流路Ｃに流入する冷却水の圧力を調整する。制御装置３１０が、ポンプ３０２ｃを制御する。

次に、第２の実施例の成型装置を用いた成型方法について説明する。まず、計量モータ３５５でスクリュー３５３を回転させることにより、ホッパ３５２からスクリュー３５３の後部に落ちた樹脂を溶融させながら、加熱シリンダ３５２の先端部に送り込む。加熱シリンダ３５２の先端に樹脂が溜まるにつれ、スクリュー３５３が後退する。

次に、射出モータ３５９によりスクリュー３５３を前進させて、樹脂をキャビティｃａｖ内に充填する。キャビティｃａｖ内に充填された後、スクリュー３５３により、樹脂に保圧が印加される。保圧は、樹脂の冷却に伴う収縮に起因して、転写精度を低下させないために印加される。このようにして、樹脂が意匠面に押し付けられ、意匠面の形状が樹脂に転写される。次いで、キャビティｃａｖ内の樹脂が充分に冷却された後、金型を開き、成型品を取り出す。

キャビティｃａｖ内への樹脂の充填が開始されてから、保圧の印加が開始されるまでの期間を、充填期間と呼ぶこととする。保圧の印加開始から終了までの期間を、保圧期間と呼ぶこととする。充填期間及び保圧期間において、流路Ｃの損傷を抑制するため、ポンプ３０２ｃにより、流路Ｃに流す熱媒体への印加圧力を高める。

次に、図９を参照し、充填期間及び保圧期間において、スクリュー３５３により樹脂に加えられた圧力（これを転写印加圧力と呼ぶこととする）の時間変化について説明する。転写印加圧力は、図８（Ａ）に示したロードセル３６５が検出した力に基づいて求められる。図９の最上段のグラフが、転写印加圧力の時間変化を示す。充填期間の開始時刻及び終了時刻が、それぞれ時刻ｔ１０及び時刻ｔ１４である。保圧期間の開始時刻及び終了時刻が、それぞれ時刻ｔ１４及び時刻ｔ１５である。

充填期間が開始すると、転写印加圧力が上昇し、時刻ｔ１２で最大となる。転写印加圧力は、時刻ｔ１２で最大となった後低下し、充填期間の終了時刻ｔ１４に保圧の設定値Ｐｋに達する。保圧期間である時刻ｔ１４から時刻ｔ１５まで、転写印加圧力は設定値Ｐｋに維持される。保圧印加終了に伴い、時刻ｔ１５以後、転写印加圧力は設定値Ｐｋから低下していく。

次に、転写印加圧力を上述のように変化させるための、射出モータ３５９の制御方法について説明する。なお、射出モータ３５９のこのような制御方法は、特開２００１―２７７３２２号公報に開示されている。射出モータ３５９は、充填期間においては速度制御モードで制御され、保圧期間においては圧力制御モードで制御される。図９の上から２段目のグラフが、速度制御モードにおけるスクリュー３５３の目標速度を示す。図９の上から３段目のグラフが、圧力制御モードにおいて、スクリュー３５３が樹脂に印加する目標圧力を示す。

まず、速度制御モードについて説明する。充填期間が開始した後、スクリュー３５３を第１の設定位置まで前進させる。スクリュー３５３が第１の設定位置に到達する時刻が時刻ｔ１３である。充填期間が開始してから、スクリュー３５３が第１の設定位置に到達するまでの期間（時刻ｔ１０〜時刻ｔ１３）は、スクリュー３５３の速度が目標速度Ｖ１となるように、射出モータ３５９が制御される。

スクリュー３５３が第１の設定位置に到達したら、スクリュー３５３を第２の設定位置まで後退させる。スクリュー３５３が第２の設定位置に到達する時刻が時刻ｔ１４である。スクリュー３５３が第１の設定位置を出発してから、第２の設定位置に到達するまでの期間（時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４）は、スクリュー３５３の速度が目標速度Ｖ２となるように、射出モータ３５９が制御される。

スクリュー３５３の前進に伴い、転写印加圧力が高まり、スクリュー３５３が前進している期間中に、転写印加圧力が最大値に達する。スクリュー３５３を第１の設定位置まで前進させた後、第２の設定位置まで後退させることにより、転写印加圧力を速やかに保圧の設定値Ｐｋまで低下させることができる。

次に、圧力制御モードについて説明する。保圧期間の開始時刻ｔ１４に、転写印加圧力が保圧の設定値Ｐｋまで低下している。保圧期間である時刻ｔ１４から時刻ｔ１５まで、転写印加圧力が、保圧の設定値Ｐｋに維持されるように、射出モータ３５９が制御される。

次に、引き続き図９を参照し、充填期間及び保圧期間において、ポンプ３０２ｃが流路Ｃに流す熱媒体に印加する圧力（これを流路印加圧力と呼ぶこととする）の時間変化について説明する。図９の最下段のグラフが、流路印加圧力の時間変化を示す。転写印加圧力のグラフに示すように、転写印加圧力について閾値Ｐｃが設定されている。閾値Ｐｃは、保圧の設定値Ｐｋより低い。

充填期間の開始前に、一定の流路印加圧力Ｐ３０が印加されている。充填期間が開始すると、転写印加圧力が上昇して、時刻ｔ１１に閾値Ｐｃに達する。転写印加圧力が閾値Ｐｃとなったら、流路印加圧力をＰ３０から上昇させる。転写印加圧力が上昇している期間は、流路印加圧力も上昇させる。転写印加圧力が時刻ｔ１２に最大値となるのに対応して、時刻ｔ２に流路印加圧力を最大値Ｐ３１とする。転写印加圧力は、最大値に到達した後に低下し、一定値Ｐｋとなる。流路印加圧力も、最大値に到達した後に、保圧の設定値Ｐｋに対応した値Ｐ３２まで低下させる。保圧期間が終了すると、転写印加圧力がＰｋから低下して、時刻ｔ１６に閾値Ｐｃに達する。転写印加圧力が閾値Ｐｃとなったら、流路印加圧力をＰ３０まで低下させる。

上述のように流路印加圧力が変化するように、制御装置３１０が、転写印加圧力に基づいて、ポンプ３０２ｃを制御する。なお、バルブで流量を調整することにより、流路印加圧力を制御するような構成としてもよい。

なお、ロードセル３６５が検出する力と転写印加圧力とは対応する。このため、ロードセル３６５に検出される力に関して、転写印加圧力の閾値Ｐｃに対応する閾値を設定しておき、ロードセル３６５が検出した力の時間変化に基づいて、流路印加圧力を制御してもよい。

第２の実施例の成型装置においては、このように、スクリュー３５３により成型材料が意匠面に押し付けられるタイミングに基づいて（同期して）、熱媒体が流路Ｃの内壁に加える圧力を高めることにより、流路Ｃの損傷が抑制される。

なお、意匠面からヒータまでの距離について、良好な加熱に適した範囲が存在する。意匠面からヒータまでの距離が遠すぎると、意匠面を充分に加熱できない。一方、意匠面からヒータまでの距離が近すぎると、意匠面を均一に加熱することが困難になる。意匠面を充分にかつ温度分布のムラを抑えて加熱するという観点から、意匠面からヒータまでの最短距離を、意匠面が有する凹部の最大の深さの５〜１０倍とすることが好ましい。

線状の発熱部分が、その長さ方向と交差する方向に、一定のピッチで並ぶような構造を含むヒータ（例えば図２（Ｂ）に示したヒータＨ）について考える。このような構造のヒータにおいて、線状部分が並ぶピッチ（相互に最隣接する２つの線状部分の中心間隔）を、意匠面からヒータまでの最短距離の１／５〜１／４倍とすると、意匠面上の加熱ムラを抑えることが特に容易になる。

再び図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を参照して、良好な加熱に特に適したヒータＨの配置位置及びサイズの例について説明する。まず１番目の例について説明する。転写構造体１１において、シード層１１ａの厚さが数十ｎｍであり、柱状構造体１１ｂの高さが２０μｍである。この例では、柱状構造体１１ｂの高さ２０μｍが、意匠面４ａが有する凹部の最大の深さとなる。シード層１１ａの上面からヒータＨの上面までの深さが、１２０μｍである。この例では、シード層１１ａの上面からヒータＨの上面までの深さ１２０μｍが、意匠面４ａからヒータＨまでの最短距離となる。

シード層１１ａの上面から流路Ｃの上面までの深さ（意匠面４ａから流路Ｃまでの最短距離）が、１５０μｍである。シリコン部材１２の厚さが、約１５０μｍ（１５０μｍからシード層１１ａの厚さを引いた厚さ）である。ヒータＨの線幅が１５μｍであり、ヒータＨの線状部分が並ぶピッチ（蛇行する形状のヒータＨの、上行する部分と下行する部分の中心間隔）が３０μｍである。

次に２番目の例について説明する。転写構造体１１において、シード層１１ａの厚さが数十ｎｍであり、柱状構造体１１ｂの高さが８０μｍである。この例では、柱状構造体１１ｂの高さ８０μｍが、意匠面４ａが有する凹部の最大の深さとなる。シード層１１ａの上面からヒータＨの上面までの深さが、４００μｍである。この例では、シード層１１ａの上面からヒータＨの上面までの深さ４００μｍが、意匠面４ａからヒータＨまでの最短距離となる。

シード層１１ａの上面から流路Ｃの上面までの深さ（意匠面４ａから流路Ｃまでの最短距離）が、５００μｍである。シリコン部材１２の厚さが、約５００μｍ（５００μｍからシード層１１ａの厚さを引いた厚さ）である。ヒータＨの線幅が４５μｍであり、ヒータＨの線状部分が並ぶピッチ（蛇行する形状のヒータＨの、上行する部分と下行する部分の中心間隔）が９０μｍである。

なお、シード層１１ａの上面からヒータＨの上面までの厚さを薄く形成することが容易であること（つまり、意匠面からヒータまでの最短距離を短くすることが容易であること）も、実施例による成型装置の１つの特徴である。意匠面からヒータまでの最短距離は、１ｍｍ以下である。意匠面からヒータまでの距離が短い方が、迅速な加熱が容易となる。

なお、ヒータＨの厚さは、例えば０．１μｍ〜１μｍの範囲である。成型サイクルや成型品に対応して加熱に要する熱量が決定される。ヒータＨの厚さは、成型サイクルや成型品に対応して定めることができる。

なお、流路とヒータの平面視上の形状は、図２（Ｂ）に例示した形状以外のものであっても構わない。例えば、図１０に示すように、流路Ｃｖ及びヒータＨｖを、渦巻き状とすることができる。なお、図において流路Ｃｖにハッチングを入れている。渦巻き状の流路Ｃｖの相互に隣り合う部分の間に、ヒータＨｖが配置される（または、渦巻き状のヒータＨｖの相互に隣り合う部分の間に、流路Ｃｖが配置される。）。流路Ｃｖ及びヒータＨｖの渦の中心部分は共通である。このような流路Ｃｖ及びヒータＨｖは、平面視上互いに交差しない。流路Ｃｖの一端に給水用流路が接続され、他端に排水用流路が接続される。

成型技術において一般に、意匠面側から成型品を押して、意匠面から成型品を取り外す突き出し機構が用いられる。平面視上において意匠面の中心近傍に、転写すべき構造が形成されていないとする。例えばこの場合、意匠面の中心近傍の、転写すべき構造が形成されていない領域に、突き出し用の部材を配置することができる。

図１０に示したような形状の流路Ｃｖ及びヒータＨｖを採用すると、渦の中心近傍（意匠面の中心近傍に対応する）に、流路Ｃｖ及びヒータＨｖが形成されていない領域４００を配置し易い。このような領域４００を設ければ、領域４００内に、断熱部材側から意匠面側に貫通する貫通孔４０１を設け、貫通孔４０１内に突き出し用の部材４０２を配置することが容易となる。

さらに、図１０に示したような渦巻き状の冷却流路を、長さ方向に関して複数の流路に分割して、それぞれの冷却流路に給水用流路と排水用流路とを接続するようにしてもよい。この場合、それぞれの冷却流路において、給水用流路から排水用流路までに到達する間の、冷却水の圧力損失を抑えることができる。このため、流路内の圧力制御の応答性を向上させることができ、成型サイクルの短縮化が図られる。

なお、第２の実施例では、可動側の金型３７１と固定側の金型３７３とによりキャビティｃａｖが形成された後に、スクリュー３５３の前進により樹脂が意匠面に押し付けられる例を示した。しかしながら、可動側の金型３７１と固定側の金型３７３とがわずかに離れた状態、つまり、キャビティｃａｖが完全に形成される前に、樹脂を所定量だけ充填してもよい。その場合、充填された後に、型締モータ３７８の駆動力による可動側の金型３７１の前進動作により、樹脂が意匠面に押し付けられる。その結果、射出装置３５０を構成する射出モータ３５９、ねじ軸３５７等に掛かる負荷が低減し、部品寿命を向上させることができるので、成型品の生産性も向上させることができる。

なお、上述の実施例では、転写構造体（意匠面を定める構造体）をＬＩＧＡによりシリコン部材上に形成した。予め作製された、意匠面を定める構造体を、シリコン部材上に取り付けることも可能である。

なお、上述の実施例では、シリコン部材中にヒータを埋め込んだが、ヒータを埋め込む部材の材料は、シリコンに限定されない。電気的に絶縁性であり、かつ伝熱性に優れた他の材料、例えば窒化アルミニウム、ダイヤモンドライクカーボン等も、ヒータを埋め込む部材の材料として用いることができるであろう。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明の第１の実施例による成型装置を概略的に示す断面図である。 図２（Ａ）は、プランジャ４の断面図であり、図２（Ｂ）は、プランジャ４の平面図である。 図３（Ａ）〜図３（Ｆ）は、プランジャ４の一部分である意匠面側構造体４Ａの作製方法を説明するための断面図である。 図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、プランジャ４の一部分である支持部材側構造体４Ｂの作製方法を説明するための断面図である。 図５（Ａ）は、意匠面側構造体４Ａと支持部材側構造体４Ｂとを接合する方法を説明するための断面図であり、図５（Ｂ）は、プランジャ４の一部分である支持部材２０の断面図である。 成型材料が意匠面４ａに印加する圧力、ポンプ６ｃが冷却水に印加する圧力、バルブ６ｄを通過する冷却水の流量、及びヒータＨに流れる電流が、成型加工において、どのように変化するかを示すタイミングチャートである。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、従来技術による成型装置を概略的に示す断面図である。 図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、本発明の第２の実施例による成型装置を示す概略図である。 図９は、第２の実施例による成型装置を用いた成型方法を説明するためのグラフである。 流路及びヒータの形状の例を説明するための平面図である。

符号の説明

１ 金型
１ａ 固定金型
１ｂ 可動金型
２ （固定金型と可動金型との間に画定される）空間
２ａ ランナー
２ｂ キャビティ
３ａ ノズル
３ｂ スプルー
４ プランジャ
４ａ 意匠面
Ｈ ヒータ
Ｃ 流路
５ａ 電源
５ｂ、５ｃ リード線
６ａ 給水用流路
６ｂ 排水用流路
６ｃ ポンプ
６ｄ バルブ
５０ 制御装置
３０ シリンダ
３０ａ スクリュー
３０ｂ （スクリューの）駆動機構
４０ （プランジャの）駆動機構
１０ 伝熱部材
１１ 転写構造体
１１ａ シード層
１１ｂ 柱状構造体
１２ シリコン部材
１２ａ 下側シリコン部材
１２ｂ 上側シリコン部材
１３ａ、１３ｂ 電極
１３ｃ、１３ｄ 電極取出しパッド
１４ 断熱部材
２０ 支持部材

Claims (25)

1. 第１の部材と、
   前記第１の部材の表面の一部の領域上に配置され、該第１の部材側とは反対側を向く表面に、成型用のパタンが形成された意匠面を含む第２の部材と、
   前記第１の部材の表面と前記第２の部材の表面とが協同して内壁を画定し、該第２の部材との間で熱交換を行う熱媒体を流す流路と
   を有する成型装置。
2. 前記第１の部材が断熱部材であり、前記第２の部材が、該第１の部材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で形成された請求項１に記載の成型装置。
3. 前記流路から前記意匠面までの最短の距離が、１００μｍ〜２００μｍである請求項１または２に記載の成型装置。
4. さらに、
   成型材料を前記意匠面に押し付ける押圧機構と、
   外部から入力される制御信号に基づいて、前記流路内の前記熱媒体に印加する圧力、及び該流路を流れる該熱媒体の流量の少なくとも一方を変化させる調整機構と、
   前記押圧機構により成型材料が前記意匠面に押し付けられるタイミングに基づいて、前記熱媒体が前記流路の内壁に加える圧力が高まるように、前記調整機構を制御する制御装置と
   を有する請求項１〜３のいずれかに記載の成型装置。
5. 前記調整機構が、前記流路内の前記熱媒体に印加する圧力を変化させるポンプ、及び該熱媒体が該流路を流れる状態と流れない状態とを切り替えるバルブを有し、
   前記制御装置は、前記熱媒体が前記流路を流れない状態となるように前記バルブを制御し、かつ前記流路内の前記熱媒体に印加される圧力が高められるように前記ポンプを制御する請求項４に記載の成型装置。
6. 前記押圧機構は、成型材料を前記意匠面に押し付ける押圧部材を含み、
   さらに、前記押圧部材が成型材料を押す力を検出できる検出器を有し、
   前記制御装置は、前記検出器に検出された力が閾値以上となるタイミングに基づいて、前記流路の内壁に前記熱媒体が加える圧力を高めるように、前記調整機構を制御する請求項４または５に記載の成型装置。
7. 第１の部材と、
   前記第１の部材の表面の一部の領域上に配置され、該第１の部材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で形成され、該第１の部材側とは反対側を向く表面に、成型用のパタンが形成された意匠面を含む第２の部材と、
   前記第２の部材の内部側から、該第２の部材の前記意匠面側の表層を加熱するヒータと、
   前記第１の部材と前記意匠面との間に配置され、前記第２の部材との間で熱交換を行う熱媒体を流す流路と
   を有する成型装置。
8. 前記流路が、前記第１の部材と前記第２の部材との間に配置される請求項７に記載の成型装置。
9. 前記流路の内壁を、前記第１の部材の表面と前記第２の部材の表面とが協同して画定する請求項７または８に記載の成型装置。
10. 前記流路から前記意匠面までの最短の距離が、１００μｍ〜２００μｍである請求項７〜９のいずれかに記載の成型装置。
11. 前記第２の部材は、電気的絶縁性を有する材料からなる絶縁性部材を含み、前記ヒータは、該絶縁性部材に埋め込まれた導電性部材を含む請求項７〜１０のいずれかに記載の成
    型装置。
12. さらに、
    成型材料を前記意匠面に押し付ける押圧機構と、
    外部から入力される制御信号に基づいて、前記流路内の前記熱媒体に印加する圧力、及び該流路を流れる該熱媒体の流量の少なくとも一方を変化させる調整機構と、
    前記押圧機構により成型材料が前記意匠面に押し付けられるタイミングに基づいて、前記熱媒体が前記流路の内壁に加える圧力が高まるように、前記調整機構を制御する制御装置と
    を有する請求項７〜１１のいずれかに記載の成型装置。
13. 前記調整機構が、前記流路内の前記熱媒体に印加する圧力を変化させるポンプ、及び該熱媒体が該流路を流れる状態と流れない状態とを切り替えるバルブを有し、
    前記制御装置は、前記熱媒体が前記流路を流れない状態となるように前記バルブを制御し、かつ前記流路内の前記熱媒体に印加される圧力が高められるように前記ポンプを制御する請求項１２に記載の成型装置。
14. 前記押圧機構は、成型材料を前記意匠面に押し付ける押圧部材を含み、
    さらに、前記押圧部材が成型材料を押す力を検出できる検出器を有し、
    前記制御装置は、前記検出器に検出された力が閾値以上となるタイミングに基づいて、前記流路の内壁に前記熱媒体が加える圧力を高めるように、前記調整機構を制御する請求項１２または１３に記載の成型装置。
15. 成型用のパタンが形成された意匠面を含む第３の部材と、
    前記第３の部材に配置され、該第３の部材の前記意匠面側の表層を加熱するヒータと
    を有し、前記ヒータから前記意匠面までの最短の距離が、前記意匠面の有する凹部の最大の深さの５〜１０倍である成型装置。
16. 前記ヒータは、線状の発熱部分が、その長さ方向と交差する方向に、一定のピッチで並ぶ等ピッチ部を含み、該ピッチは、前記ヒータから前記意匠面までの最短距離の１／５〜１／４倍である請求項１５に記載の成型装置。
17. 前記第３の部材は、電気的絶縁性を有する材料からなる絶縁性部材を含み、前記ヒータは、該絶縁性部材に埋め込まれた導電性部材を含む請求項１５または１６に記載の成型装置。
18. さらに、第４の部材を有し、前記第３の部材は、該第４の部材の表面上に配置され、該第４の部材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で形成され、該第４の部材側とは反対側を向く表面に前記意匠面を含む請求項１５〜１７のいずれかに記載の成型装置。
19. 前記ヒータから前記意匠面までの最短の距離が１ｍｍ以下である請求項１５〜１８のいずれかに記載の成型装置。
20. （ａ）第１の部材の表面を部分的にエッチングして、溝を形成する工程と、
    （ｂ）前記第１の部材の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する材料で形成され、表面に成型用のパタンが形成された意匠面を含む第２の部材の、該意匠面側とは反対側の表面と、前記第１の部材の溝が形成された表面とを貼り合わせることにより、前記溝の内面と前記第２の部材の表面とで画定される流路を形成する工程と
    を有する成型装置の製造方法。
21. さらに、
    （ｃ）電気的絶縁性を有する材料からなる絶縁性支持部材の表面に、導電性材料からなる導電層を形成する工程と、
    （ｄ）前記導電層をパタニングすることにより、ヒータを形成する工程と、
    （ｅ）前記ヒータを、電気的絶縁性を有する材料で被覆することにより、絶縁性部材を形成する工程と
    （ｆ）前記絶縁性部材の上に、前記意匠面を含む転写構造体を積層することにより、前記第２の部材を形成する工程と
    を有する請求項２０に記載の成型装置の製造方法。
22. （ｇ）電気的絶縁性を有する材料からなる絶縁性支持部材の表面に、成型用のパタンが形成された意匠面を含む転写構造体を積層する工程と、
    （ｈ）前記絶縁性支持部材の、前記転写構造体が積層される側とは反対側の表面に、導電性材料からなる導電層を形成する工程と、
    （ｉ）前記導電層をパタニングして、ヒータを形成する工程と
    を有する成型装置の製造方法。
23. 前記絶縁性支持部材の上に前記転写構造体をＬＩＧＡにより形成する請求項２１または２２に記載の成型装置の製造方法。
24. （ｊ）表面に、成型用のパタンが形成された意匠面を含み、内部に、該意匠面との間で熱交換を行うための熱媒体を流す流路が形成された構造体の、該意匠面に、成型材料を押し付ける工程と、
    （ｋ）成型材料が前記意匠面に押し付けられるタイミングに基づいて、前記熱媒体が前記流路の内壁に加える圧力が高まるように、該流路内の該熱媒体に印加する圧力及び該流路を流れる該熱媒体の流量の少なくとも一方を変化させる工程と
    を有する成型方法。
25. 前記工程（ｊ）において、押圧部材が、前記意匠面に成型材料を押し付け、
    さらに、（ｌ）前記押圧部材が前記意匠面に成型材料を押し付ける力を検出する工程を有し、
    前記工程（ｋ）において、前記工程（ｌ）で検出された力が閾値以上となるタイミングに基づいて、前記熱媒体が前記流路の内壁に加える圧力が高まるように、該流路内の該熱媒体に印加する圧力及び該流路を流れる該熱媒体の流量の少なくとも一方を変化させる請求項２４に記載の成型方法。

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